摘要：電網的互聯與跨境交易能夠促進資源有效配置，其發展階段的劃分能夠為各區域與國家的跨境電力交易提供發展方向。因此文中就互聯電網的發展階段劃分進行研究，基于調研數據總結電網互聯的評價指標，并通過主成分分析提煉關鍵因素作為發展階段的特征指標，通過聚合自然劃分出六個發展階段，建立起互聯電網發展階段的劃分模型。

關鍵詞:互聯電網;全球能源互聯網;發展階段;跨境交易

國家電網公司科技項目“面向全球能源互聯網的電網調度和交易模式研究”。

0引言

形成跨區、跨國和洲際間的互聯電網、建設能源互聯的電力交易市場，有利于通過經濟手段促進更大范圍的能源流動與互動，實現全球范圍內的資源優化配置。在全球化的發展下構建全球能源互聯網(globalenergyinterconnection，GEI)也是大勢所趨，為了不斷推進GEI發展，對于互聯電網發展過程的分析必不可少。

目前在許多區域和國家已經發展出不同程度的電力互聯交易，例如歐盟國家間的廣泛互聯、美國與加拿大、墨西哥之間長期的電力交換等。識別影響互聯電網的關鍵因素，評價各電網所處的發展階段，能夠為其加強互聯從而構建GEI指明戰略性方向。中國對于互聯電網的研究較多，文獻[1-4]主要介紹了互聯電網的可靠性管理、運行控制以及經濟運行等技術性情況，文獻[5-6]對現存電網的能源、供需和互聯情況做出介紹，文獻[7]對發展階段做出劃分，然而使用過多指標使得劃分發展階段不明確，并且通過直接建立GEI成熟度模型來劃分電網互聯發展階段帶有較強的主觀性，不能體現GEI發展的客觀過程。

因此，本文首先利用對互聯電網的調研結果，自下而上地處理，篩選出階段劃分的初級指標，并進行降維處理，抽象出一套新指標以及各指標對應的評價范圍。然后利用新指標對各互聯電網進行聚合，從而自然得出不同的發展階段。最終根據聚合結果和指標分析，抓住主要特征劃分不同的發展階段，得到互聯電網的階段劃分模型以及不同階段下繼續發展的上升條件。

1互聯電網發展階段劃分指標篩選

1.1階段劃分指標的初級選取

對現存互聯電網所處的發展階段進行劃分，首先要根據電網的互聯情況進行指標的初級選取，以作為后續評價的基礎。

(1)自然因素主要包括地理環境、經濟環境等客觀條件，自然因素催生了跨境互聯的發展，但無法直接表現出電網的互聯情況，因此不作為階段區分的評定標準，在指標的初級選取中舍棄自然環境因素。

(2)在交易的現狀和電網設施方面，交易量和交易覆蓋的范圍是跨境交易的最直接體現，跨境聯絡線容量、考慮跨境交易的基礎設施建設、網源規劃等反映了互聯電網的建設情況，可納入階段劃分的區分標準。

(3)在市場與交易形式方面，一方面考慮電力市場類型、交易平臺的建設來評價跨境交易市場是否健康活躍，另一方面根據歷史交易情況評價交易電能的質量并給出相應分值。

(4)在機制和法規建設方面，由于跨境電能交易基本是由點到面的發展過程，對跨境交易進行保護與約束的相關法律法規是否健全，可看作互聯電網發展階段的高級指標。

圖1互聯電網階段劃分初級指標

Fig.1Theprimaryindicatorsofdevelopmentalstages

綜上所述，選取如圖1所示的互聯電網發展階段初級指標作為基本變量，并對全球現存跨境交易的電網進行基本變量的調研。

1.2初級指標降維處理

在指標的處理過程中，一方面由于所列出的互聯電網發展階段初級指標包含難以準確量化的指標，另一方面建立多指標評價體系要求指標具備代表性、獨立性和全面性，而目前指標之間的相關性使得反映的信息在一定程度上有重疊，且直接使用時維數過高，無法準確處理信息，因此對初級指標作降維處理十分必要。

主成分分析法是一種常用的多元統計方法，可用于互聯電網階段劃分中的指標篩選。基本原理是將一個矩陣中的樣本數據投影到一個新的空間中，將具有相關性的多重指標通過數學變換轉換為另一組不相關的變量，選取方差較大的變量作為主成分，舍棄方差較小、影響力低的變量，從而用較少的主成分來解釋原有數據。

在傳統的主成分分析法基礎上，采用乘權規格化數據的協方差矩陣為計算矩陣，具體步驟如下。

Step6：根據方差貢獻率計算累計方差貢獻率，從而確定主成分即新的指標。主成分相當于原有指標的加權和，結合原有初級指標的意義以及指標權重賦予主成分以物理意義，利用降維處理后的主成分作為互聯電網發展階段的劃分依據。

1.3階段劃分指標篩選

選取分布于世界各地的9個電網進行調研，整理并處理上述10個初級指標如表1所示。

表1初級指標調研處理

設置權重W將調研數據設為指標數據集X9×10。基于主成分分析法得到各成分方差及方差貢獻率如表2所示。

表2各成分方差及其貢獻率

續表

特征值是反映主成分影響力度的指標，一般以1為標準，特征根小于1表示該主成分的影響力度低于初級指標，因此只提取特征值大于1的主成分。從表中可以看到有三個主成分特征值大于1，累計方差貢獻率能解釋90%以上的方差，因此提取成分1、2和3作為降維處理后的指標，其余成分包含信息較少，故舍去。直接分析提取出三個主成分與初級指標之間的關系，難以抽象出明確的物理意義，因此進行因子的旋轉處理來獲得更好的解釋。旋轉成分矩陣如表3所示。

表3旋轉成分矩陣

經過因子旋轉后各成分的指向變得更明確：成分1主要和基礎設施建設水平、跨境交易網源規劃、跨境交易平臺建設、交易電能質量、法律法規完善度和電力進口量占比呈較高的正相關性;成分2與電力跨境交易覆蓋范圍、跨境輸電線路條數和跨境聯絡線容量正相關性很高;成分3主要和電力出口量占比呈較高的相關性。忽略調研數據涉及廣泛造成的部分數據不準確，可以歸納如下：

主成分1為“跨境交易配套設施水平”，主要體現電網對于跨境交易的市場建設、機制構建、法律保障等因素，是互聯電網發展到高級水平時的表現形式，作為階段劃分的第一指標。

主成分2為“跨境輸電線路建設”，主要體現與其他電網之間的實際線路建設情況，是發展長期互聯時的表現形式，作為第二指標。

主成分3為“跨境交易量”，主要體現目前已經與其他電網的交易情況，作為第三指標。

這三個主成分可以反映基本變量的90.355%，因此可以作為互聯電網發展階段的劃分指標。采用回歸方法計算各成分F與基本變量X之間的關系表達式如下：

2互聯電網發展階段劃分

互聯電網發展階段的劃分旨在從實踐出發，分析現有電網的實例，找出這一必然的發展規律，理清電網互聯從形成到成熟的發展過程和階段上升的條件，為處于較低發展階段的電網提供發展方向。

基于對樣本電網各指標狀態的調研，將具備相似特征的電網劃歸為同一類別，作為發展的一個階段，從而得到互聯電網發展階段劃分的結果。在階段未定、特征未知的情況下，可以利用聚類分析方法將發展處于同一層次的電網進行自然歸類，然后通過對各指標的描述劃分出同一階段樣本的共同特征，從而通過自下而上的方式建立起互聯電網發展階段的劃分模型。

2.1發展階段劃分

可見能夠較為清晰地劃分出6個聚類，其特征如表4所示。

表4聚類結果分析

2.2互聯電網發展階段劃分模型

根據分類結果和所呈現出的特征，可以將互聯電網發展階段劃分為6個階段：起步階段、初級階段、快速發展階段、發展階段、較成熟階段、成熟階段，經過這6個階段的發展最終實現全球電網互聯成一個整體，共同達到完全成熟階段。

(1)起步階段

處于起步階段的區域往往存在跨境交易，但主要是由于本國供應不能滿足需求而引起的電力進口，或是由于產能過剩而不得不出口電力。起步階段的電網特征在于，盡管存在交易，但通常是為解決本國電力問題，而不是為了電力擴張的自發性行為。因此主要依靠與其互聯的其他國家電網進行互聯建設，本身電力設施建設差，機制建設不完善，不能與交易相匹配。

蒙古電網是典型的起步階段互聯電網，蒙古國能源豐富，發展潛力大，但是電網基礎建設水平不高，近年來用電量飛速增長，供需難以平衡。目前在中方的對接下，與中國新疆、內蒙古電網之間建設多條輸電線路以解困境。

(2)初級階段

處于發展的初級階段的區域，存在一定的跨境交易，各方面建設一般，交易量小。處于初級階段的電網特征在于本國電力一般不存在太大問題，發展速度較緩，跨境交易主動性不強，主要由他國引導合作。

墨西哥電力行業發展受到經濟發展狀況的影響，自身增長緩慢，對外跨境輸電意愿不是很強烈。目前主要與鄰近的美國、加拿大進行電力交換，2015年與美國共同建設跨境風電場。可認為墨西哥電網處于初級階段。

(3)快速發展階段

快速發展階段的互聯電網已有長期合作的跨境交易，各方面建設尚可，跨境交易量較高。處于快速發展階段的電網特征是互聯積極性強，并且存在較強的發展勢頭，在發展互聯電網方面相對活躍，處于一個蓬勃發展的時期。

東南亞各國電網正處于較快的發展階段，新加坡、老撾、泰國和馬來西亞等國家近年來持續推進多項電能交易項目，并成立東盟國家互聯電網(APE)。根據規劃，APE分為3個分區，北部分區為大湄公河次區域國家，東部分區為跨婆羅洲電網，西部分區為印尼、馬來西亞和新加坡。規劃提出了47項跨境互聯工程，目前已建工程11項，在建工程13項，已規劃工程23項。其中，已建工程11項，主要是馬來西亞到新加坡、泰國到馬來西亞、泰國到老撾、老撾到越南、越南到柬埔寨、泰國到柬埔寨等。已建、在建和規劃項目多達幾十項，因此將東南亞地區的電網劃歸為快速發展階段。

(4)發展階段

發展階段的互聯電網跨境交易量相對于快速發展階段多，已經經過發展的黃金期，發展速度逐漸放緩。

加拿大地處北美，與美國、墨西哥發展互聯電網，跨境交易量較多，可認為加拿大電網處于發展階段。

(5)較成熟階段

較成熟階段的區域跨境交易的主動性很強，進行中和已規劃的跨境電力交易多，其特征在于，線路、配套設施、機制、市場的建設先行于交易量，發展較為完善，交易量較高。較成熟階段與發展階段之間的區別在于設施建設更加完備，相應市場、法規等高階指標的完成度更高。

中國表示，實現國家間電網互聯互通技術條件已基本具備，目前已與東南亞、中亞吉爾吉斯斯坦、東北亞俄羅斯、蒙古等周邊國家建成跨國輸電通道，未來還將在新能源、儲能、大電網運行控制等領域大力推進技術創新，實現更大突破，各參與國之間實現技術共享。由于對外跨境輸電范圍廣泛、潛力豐富、配套設施完善，并且有著長期跨境交易經驗，屬于較成熟階段。

(6)成熟階段

成熟階段的區域形成長期穩定的跨境交易，各方面發展完善，交易量很高。

歐洲電網由于政治、經濟、文化、歷史等多方面因素，在方方面面形成了一個較為緊密的整體。由于資源的限制、用電的需求，除了冰島和塞浦路斯以外的34個歐洲國家組成了ENTSO-E。截至2013年底，歐洲電網220kV及以上輸電線路總長度約30.75萬km，電網總裝機容量約10.07億kW，發電量3.35萬億kWh，用電量約為3.31萬億kWh，服務人口約5.04億。各成員國間交換電量約為3873億kWh，達到用電量的12%。在長期互聯下，歐洲電網已經達到了成熟階段。

2.3互聯電網發展階段上升條件

基于上述互聯電網發展階段的劃分以及對不可量化的基本變量的綜合分析，得出各階段發展上升的條件。階段上升的各要素與關鍵活動如表5所示。

表5發展階段上升條件

3結論

互聯電網的發展將促進跨境電力交易市場的發展，對于其發展階段的劃分能夠在方向上對互聯電網的建設進行指導。本文研究互聯電網的發展階段劃分，得出以下主要結論：

(1)通過調研分析篩選電網互聯的基本表現因素，并分析得出代表互聯電網各階段特征的關鍵指標。

(2)利用指標和聚類分析方法對各電網進行自然的分類，從而將互聯電網的發展劃分為起步、初級、快速發展、發展、較成熟、成熟6個階段。

(3)通過不同階段的特征分析得出發展階段上升條件和關鍵活動，為互聯電網乃至全球能源互聯網的發展提供理論依據。

作者簡介：

田偉(1985)，女，工程師，主要研究方向為智能電網、智能調度等。E-mail：tian-wei@epri.sgcc.com.cn。

楊濟如(1994)，女，碩士研究生，主要研究方向為電力需求側管理、能源互聯等。